生物化工的未来在中国

　　在科研创新中，他聚焦前沿科技，努力钻研，获得系列科研成果；在生活和教学中，他谦恭而敦厚，率真而谦虚，是师生们尊敬和喜爱的良师益友。他就是章文明，一位在工作中、一丝不苟，在生活中活泼严肃、充满激情的青年学者，也是中国生物化工科研创新领域值得学习的创新典范。

　　坚守科研第一线，聚焦生物化工前沿难题

　　2015年6月，章文明在南京师范大学生命科学学院微生物学硕博连读毕业，随后担任南京工业大学江苏先进生物与化学制造协同创新中心助理研究员，生物与制药工程学院讲师、副教授。一直以来，他凭借着活跃的学术思想和开拓进取的精神，坚守在生物化工教学和科研第一线，取得了多项实用的科研成果。

　　自加入生物与制药工程学院姜岷教授团队以来，章文明在生物化工领域的应用基础研究方面，针对生物制造存在原料成本高、经济性低等问题，开展了系列低品位碳资源（如低劣生物质、碳一化合物等）高效生物转化合成多种大宗化学品、高附加值产品及微生物油脂的生物合成路线。目前主持国家自然科学基金面上项目、青年基金、国家重点研发计划子课题等项目6项；在生物化工领域权威期刊Trends Biotechnol、Biotechnol Adv、ACS Syn Biol、Biotechnol Bioeng等发表SCI论文60余篇（第一或通讯作者论文25篇）；申请发明专利27项，已授权8项；参编教材《生物资源学导论》、专著《木质纤维素生物炼制原理与技术》及译著《图解生物技术》。

　　一方面，章文明和团队在利用可再生资源合成C4有机酸方面取得了重要成果。据了解，琥珀酸、L-苹果酸作为重要的C4有机酸，在食品、化工等领域具有广泛应用。目前琥珀酸、L-苹果酸制造过程的原料仍依赖于石化来源的顺酐，原料不可再生且产品市场受原料影响较大，亟待建立原料可替代的新型生产路线。通过微生物厌氧还原柠檬酸途径代谢合成C4有机酸，不仅可以利用可再生生物质资源，且过程可固定CO2。章文明和团队建立了基于辅因子调控的琥珀酸与苹果酸生物合成技术；创制了可高效利用生物质与CO2的厌氧细胞工厂；筛选获得了针对有机酸发酵的系列抗逆元器件，每吨丁二酸的生产成本降低约1000元。

　　另一方面，章文明在研究中发现，现有微生物细胞工厂主要以糖类作为底物合成产品，存在“与人争粮”的争议或者技术经济性问题，亟需推进微生物细胞工厂原料利用途径的变革。甲醇、甲酸等有机碳一化合物是重要化工原料，来源广泛、价格低廉，但近年来受生产能力和下游行业需求波动的双重影响，这些有机碳一产品不同程度地面临产能过剩的困境，亟待发展新的技术来实现产业链的延伸。于是，他针对有机碳一原料高效生物转化利用的分子基础和调控机制，有机碳与原料利用元件之间、途径与底盘细胞之间的适配机制等关键科学问题，开展了一系列研究。

　　期间，团队设计了“样品筛选-富集筛选-定向筛选-适应性进化”的策略，筛选和选育获得了系列碳一利用微生物，如扭脱甲基杆菌、甲醇耐受型强的嗜甲基杆菌、高产赖氨酸的多形汉逊酵母和高产甲醇蛋白的毕赤酵母等。开展了模式生物利用碳一原料合成化学品的相关研究。首次在非甲基营养菌中实现了以甲醇为唯一碳源生长并生产化学品；提出了甲醇作为还原力供体提高还原性产物合成的策略，揭示了甲醇在细胞内的碳代谢流分布规律，实现了甲醇到琥珀酸的生物合成；率先在毕赤酵母中实现了以甲醇作为唯一碳源合成苹果酸。这些在利用有机碳一原料合成化学品方面的研究成果得到了国际同行的充分肯定，引起了广泛关注。

　　章文明和团队在酵母油脂的开发与应用上也展开了研究。据悉，微生物油脂是继石化油、动植物油之后的又一种多功能油脂，可应用于能源、食品、化工等多个领域，发展微生物油脂对于解决能源短缺、食品安全以及环境污染具有重要意义。产油酵母由于具备培养简单、生物量大、油脂含量高、底物利用谱广以及工业化中适应性强等优点，近年来受到极大关注。

　　于是，针对油脂酵母菌株贫乏、生产原料成本高、油脂得率低等瓶颈问题，章文明与信丰学教授一起开展了系列研究工作。通过“样品筛选-富集筛选-定向筛选”的策略，筛选获得了多种产油酵母菌株，如热带假丝酵母、隐球酵母、毛孢子酵母和圆红冬孢酵母等，建立了产油酵母菌种库。建立了多种廉价碳一资源高效合成油脂的发酵策略，如木质纤维素水解液、挥发性脂肪酸等；挖掘获得了系列油脂合成的关键核心元件，油脂合成能力显著提升，相关成果为微生物油脂的高效生产提供了理论支撑和实践指导。开发了油脂-葡萄糖酸联产的经济化生产体系，显著提升了微生物油脂的经济价值和工业化应用前景。

　　目前，相关研究成果已经在2020年10月与山东潍坊的世华合创生物技术开发（山东）有限公司开展了技术合作，经济价值和社会价值均极为显著。

　　三千桃李三寸笔，教书育人拓新路

　　教书育人是每一位为师者的首要任务，而作为年青一代的科研型师者，章文明在完成日常教学的同时，更愿意探索新的教学理念和方式，并带领学生通过竞赛的方式提高自身能力。

　　在这种理念的影响下，章文明先后主持南京工业大学疫情防控期间在线教学实践与探索专项课题1项（2020），以项目骨干参与南京工业大学高等教育发展专项1项（2018）；获得南京工业大学微课比赛二等奖（2020）和南京工业大学青年教师授课大赛三等奖（2018）。协助指导的博士研究生获得国家奖学金（2019）、校级优秀博士论文（2020）、江苏省研究生生物工程学术创新论坛优秀报告（2020）、第八届生工学科群研究生秋季学术论坛二等奖（2020），硕士研究生获江苏省研究生培养创新工程项目资助（2019），本科生大创团队多次获省级大学生实践创新训练计划项目资助；协助指导的埃塞俄比亚博士毕业生Wubliker Dessie Lemma目前就职于湖南科技学院。

　　另外，章文明指导的学生获得了2017年“第二届全国大学生生命科学创新创业大赛”全国一等奖，2017年“挑战杯全国竞赛江苏省选拔赛”省三等奖，2019年iGEM（国际基因工程机器大赛）铜奖，2020 年iGEM（国际基因工程机器大赛）金奖。值得一提的是， iGEM是国际上合成生物学领域的顶级大学生科技赛事，是以合成生物学为核心多学科交叉国际级科技竞赛，其理念在于鼓励学生积极创新，用创新去改变世界。能够在来自全球34个国家和地区的256支队伍的竞技角逐中拔得头筹，不仅仅是一个团队、一个学校的荣誉，更代表了国家的荣誉和实力。

　　近期，章文明入选中国科协第六届“青年人才托举工程” 项目（2020—2022），这使他备受鼓舞，他将在团队PI姜岷教授的带领下继续在科研的道路上“不忘初心，砥砺前行”，尤其是面向“促进碳一化工产业的绿色升级”这一国家重大战略需求，他们计划依托材料化学工程国家重点实验室，突破甲醇、甲酸等碳一原料到蛋白、油脂等高值化学品的生物转化关键技术，有力推动我国煤炭、天然气等资源的洁净利用，促进碳一化工产业的绿色升级。他相信，生物化工的未来在中国。